ДАТЧИК ТОКА Российский патент 2006 года по МПК G01R19/14 

Изобретение относится к электроизмерительному оборудованию, а именно к датчикам силового тока как постоянного, так и переменного тока, которые входят в состав защитных коммутационных аппаратов.

Датчики тока, основанные на преобразователе Холла, известны, например, из следующих источников: датчик тока ACS750SCA-100, выпускаемый Allegro Microsystems Inc. США (с сайта http://www.allegromicro.com/SF/0750/ дата 23 мая 2005 г.); датчик тока в шине, патент РФ №2057654, G 01 R 19/00, 1996 г.; бесконтактный датчик тока компенсационного типа ДТЭ-25-200, выпускаемый НПП «ВЭЛ» Киев (интернет адрес: www.navarex.kiev.ua, описание датчика по адресу http://www.naverex.kiev.ua/˜wel/Russian/PDF/DTE%2025-200.pdf, 23 мая 2005 г.).

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому датчику тока следует считать датчик тока ACS750SCA-100, выпускаемый Allegro Microsystems Inc. США (с сайта http://www.allegromicro.com/SF/0750/ 23 мая 2005 г.).

Этот датчик тока содержит токопровод для измеряемого тока и преобразователь Холла с усилителем и компаратором.

При протекании тока через токопровод напряжение на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором изменяется пропорционально величине тока в пределах напряжения питания. С помощью измерительного оборудования, например вольтметра, можно измерить величину тока.

Недостатком известного датчика тока является отсутствие определения направления тока, что важно в условиях минимизации габаритов защитных коммутационных аппаратов и работы в системах управления неполяризованными защитными коммутационными аппаратами с параллельным магнитным дутьем.

Изобретением решается задача создания датчика тока, позволяющего уменьшить полное время отключения цепи коммутационного аппарата и совместно с системой параллельного магнитного дутья обеспечить надежное гашение малых токов.

Технический результат, который достигается изобретением, состоит в расширении функциональных возможностей датчика тока за счет определения как величины тока, так и направления тока.

Это достигается тем, что датчик тока дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, который включает в себя три блока сравнения сигнала и три источника опорного напряжения, при этом выход преобразователя Холла с усилителем и компаратором соединен со вторыми входами первого и второго блока сравнения сигнала и с первым входом третьего блока сравнения сигнала, выход первого источника опорного напряжения соединен с первым входом первого блока сравнения сигнала, выход второго источника опорного напряжения соединен с первым входом второго блока сравнения сигнала, выход третьего источника опорного напряжения соединен со вторым входом третьего блока сравнения сигнала, выход первого блока сравнения сигнала служит для выдачи сигнала величины тока одного направления, выход третьего блока сравнения сигнала служит для выдачи сигнала величины тока другого направления, а выход второго блока сравнения сигнала служит для выдачи сигнала направления тока, при этом напряжение второго источника опорного напряжения больше напряжения третьего источника опорного напряжения и меньше первого источника опорного напряжения.

Введение указанного аналого-цифрового преобразователя позволило разделить выходной сигнал преобразователя Холла с усилителем и компаратором на сигнал величины тока одного направления, сигнал величины тока другого направления и сигнал направления тока. При указанных соединениях выхода преобразователя Холла с усилителем и компаратором с входами первого и третьего блока сравнения сигналов, а также входов указанных блоков сравнения с выходами соответствующих им источников опорного напряжения, можно объединить выходы сигналов величины блока обоих направлений. При указанных соотношениях напряжений источников опорного напряжения второй блок сравнения имеет возможность выдавать сигнал величины тока одного направления, либо сигнал величины тока другого направления. При значении напряжения второго источника опорного напряжения, близкого к напряжению выхода преобразователя Холла с усилителем и компаратором, при токе, близком к нулю, второй блок сравнения может выдавать сигнал малой величины тока одного из направлений - это сигнал направления тока.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена блок-схема патентуемого датчика.

Датчик тока содержит токопровод 1 для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором 2, источник питания 3 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4.

АЦП включает в себя три блока сравнения сигнала 5, 6, 7 и соответствующие им три источника опорного напряжения 8, 9, 10.

Преобразователь Холла с усилителем и компаратором 2 находится в магнитном контуре токопровода 1. Выход преобразователя Холла с усилителем и компаратором соединен со вторыми входами первого и второго блока сравнения сигнала и с первым входом третьего блока сравнения сигнала. Выход первого источника опорного напряжения соединен с первым входом первого блока сравнения сигнала. Выход второго источника опорного напряжения соединен с первым входом второго блока сравнения сигнала. Выход третьего источника опорного напряжения соединен со вторым входом третьего блока сравнения сигнала. Источник питания подключен к преобразователю Холла с усилителем и компаратором. Напряжение второго источника опорного напряжения 9 больше напряжения третьего источника опорного напряжения 10. Напряжение второго источника опорного напряжения 9 меньше напряжения источника опорного напряжения 8.

Датчик тока работает следующим образом.

При протекании тока условно положительной полярности через токопровод 1 на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором 2 появляется сигнал больше половины напряжения источника питания 3, величина которого сравнивается блоком сравнения 5 с заданным напряжением источника опорного напряжения 8. В момент смены полярности напряжения между входами 1 и 2 блока сравнения 5 на выходе появляется логический сигнал величины тока (условно положительного).

При протекании тока условно отрицательной полярности через токопровод 1 на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором 2 появляется сигнал меньше половины напряжения источника питания 3, величина которого сравнивается блоком сравнения 7 с заданным напряжением источника опорного напряжения 10. В момент смены полярности напряжения между входами 1 и 2 блока сравнения 7 на выходе появляется логический сигнал величины тока (условно отрицательного).

При токе в токопроводе 1, близком к нулю, на выходе преобразователя Холла с усилителем и компаратором присутствует сигнал, равный половине напряжения источника питания. Напряжение источника опорного напряжения 9 подбирается так, чтобы при появлении минимального значения тока в токопроводе 1 на выходе блока сравнения 6 менялся уровень логического сигнала. Это и есть сигнал о смене полярности тока в токопроводе 1.

Таким образом, создан датчик тока с расширенными функциональными возможностями, позволяющими определять не только величину тока, но и направление.

Предложенное изобретение относится к электроизмерительному оборудованию, а именно к датчикам постоянного и переменного тока, которые входят в состав защитных коммутационных аппаратов. Технический результат, который достигается данным изобретением, состоит в расширении функциональных возможностей датчика тока за счет определения как величины тока, так и направления тока. Датчик тока содержит токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором, источник питания и аналого-цифровой преобразователь, который включает в себя три блока сравнения сигнала и три источника опорного напряжения, при этом выход преобразователя Холла с усилителем и компаратором соединен со вторыми входами первого и второго блока сравнения сигнала и с первым входом третьего блока сравнения сигнала, выход первого источника опорного напряжения соединен с первым входом первого блока сравнения сигнала, выход второго источника опорного напряжения соединен с первым входом второго блока сравнения сигнала, выход третьего источника опорного напряжения соединен со вторым входом третьего блока сравнения сигнала. 1 ил.

Датчик тока, содержащий токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором и источник питания, отличающийся тем, что датчик тока дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, который включает в себя три блока сравнения сигнала и три источника опорного напряжения, при этом выход преобразователя Холла с усилителем и компаратором соединен со вторыми входами первого и второго блока сравнения сигнала и с первым входом третьего блока сравнения сигнала, выход первого источника опорного напряжения соединен с первым входом первого блока сравнения сигнала, выход второго источника опорного напряжения соединен с первым входом второго блока сравнения сигнала, выход третьего источника опорного напряжения соединен со вторым входом третьего блока сравнения сигнала, выход первого блока сравнения сигнала служит для выдачи сигнала величины тока одного направления, выход третьего блока сравнения сигнала служит для выдачи сигнала величины тока другого направления, а выход второго блока сравнения сигнала служит для выдачи сигнала направления тока, при этом напряжение второго источника опорного напряжения больше напряжения третьего источника опорного напряжения и меньше первого источника опорного напряжения.